Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Методика расчета линии ускоренного охлаждения

Длина ЛУО

<<< Методика расчета ЛУО <<<

Гунькин И.А.

30.12.2010

Описание методики

Методика описана в [1]. Основана на следующих допущениях:
▪ Раскат рассматривается как простое геометрическое тело. В частности, арматурный прокат рассматривается как неограниченный цилиндр.
▪ Охлаждение рассматривается как внутренний процесс при частном случае условий первого рода. Раскат первоначально прогрет до температуры tº₀. Затем температура поверхности раската практически мгновенно снижается до температуры охлаждающей воды tº_п и остается такой постоянно на протяжении всего процесса.
▪ Теплофизические свойства изделия (в частности коэффициент температуропроводности) не изменяются. Их можно рассматривать как константы.

Среднюю по сечению цилиндра температуру в конце ускоренного охлаждения (температуру самоотпуска tº_со) предлагается определять по теплосодержанию металла в конце ускоренного охлаждения i₁:
tº_со = f(i).

Рис. 1. Зависимость теплосодержания стали марки Сталь 20 от температуры >>> Таблицы здесь >>>

Примечание: В [1] предлагалось использовать объемное теплосодержание стали. Однако, опыт нескольких лет использования методики позволил сделать вывод, что применение значений массового теплосодержания не приводит к значительным ошибкам.

Теплосодержание арматурного проката в конце ускоренного охлаждения предлагается определять по формуле для средней по сечению неограниченного цилиндра относительной температуры [2]:
,
где Θ_i - относительное теплосодержание проката в конце ускоренного охлаждения,
i₀ и i₁ - теплосодержание проката в начале и в конце ускоренного охлаждения соответственно,
i_п - теплосодержание стали, соответствующее температуре поверхности раската в процессе ускоренного охлаждения (методика расчета предполагает tº_п = const).

Охлаждение неограниченного цилиндра при частном случае поверхностных условий (постоянная температура поверхности) подробно рассмотрено в [2]. Связь между временем охлаждения и средней по сечению цилиндра температурой выражается как функция зависимости средней по сечению относительной температуры Θ от числа Фурье Fo.

Рис. 2. Теплосодержание цилиндра при охлаждении. Частный случай поверхностных условий первого рода. Критериальная форма. >>> Таблицы здесь >>>

Число Фурье Fo предлагается определять по формуле
,
где a_пр - приведенный коэффициент температуропроводности,
τ - время охлаждения,
R = d_пр/2 - радиус арматуры (неограниченного цилиндра).

Величину приведенного коэффициента температуропроводности a_пр для стали в интервале температур tº₀ ÷ tº₁, соответствующих теплосодержаниям i₀ ÷ i₁ рекомендуется определять по формуле
,
где A(i) - интегральная величина коэффициента температуропроводности стали для теплосодержания i.

Рис. 3. Интегральная величина коэффициента температуропроводности для стали марки Сталь 20 >>> Таблицы здесь >>>

Пример расчета

Арматурный прокат диаметром d_пр = 12 мм, движущийся со скоростью v_пр = 13.5 м/с (см. рис. 4) необходимо охладить с температуры конца прокатки tº_кп = 1050 ºC до температуры самоотпуска tº_со = 550 ºC. Определить требуемую длину зоны активного охлаждения L_ЗАО. Температуру охлаждающей воды принять равной tº_п = 40 ºC.

Рис. 4. Охлаждение движущегося проката в устройстве проводкового типа. 1- охлаждаемый раскат, 2- нагнетающая форсунка, 3- камера охлаждения, 4- узел сброса отработанной воды. LЗАО- длина зоны активного охлаждения, vпр- скорость прокатки.

Теплосодержание проката в начале и в конце ускоренного охлаждения (см. Табл. 1 а) составляет
i₀ = i(tº = tº_кп = 1050 ºC) = 676 кДж/кг,
i₁ = i(tº = tº_со = 550 ºC) = 309 кДж/кг.

Теплосодержание стали, соответствующее температуре поверхности раската в процессе ускоренного охлаждения
i_п = i(tº = tº_п = 40 ºC) = 18.9 кДж/кг.

Относительное теплосодержание составит
Θ_i = (i₁ - i_п)/(i₀ - i_п) = (309 - 18.9)/(676 - 18.9) = 0.442.

По таблице 2 б определяем, что относительное теплосодержание Θ_i = 0.442 соответствует числу Фурье, равному Fo = 0.0818.

Определим приведенный коэффициент температуропроводности для стали в интервале температур tº_кп ÷ tº_со. Теплосодержание при этих температурах (см. выше) составит i₁ ÷ i₀, а интегральная величина коэффициента температуропроводности для этих теплосодержаний составит
A(i₀) = A(i = 676 кДж/кг) = 4 964 (мм²/с)·(кДж/кг),
A(i₁) = A(i = 303 кДж/кг) = 3 170 (мм²/с)·(кДж/кг).

Приведенный коэффициент температуропроводности для интервала температур 550 ÷ 1050 ºC составит
a_пр = (A(i₁) - A(i₀))/(i₁ - i₀) = (3170 - 4964)/(303 - 676) = 4.81 (мм²/с).

Время охлаждения τ, соответствующее числу Фурье Fo = 0.0818 для арматурного проката радиусом R = d_пр/2 = 6 мм при значении приведенного коэффициента температуропроводности a_пр = 4.81 мм²/с составит
τ = Fo·R²/a_пр = 0.0818·6²/4.81 = 0.612 (с).

Для проката, движущегося со скоростью v_пр = 13.5 м/с такое время охлаждения будет обеспечено при длине зоны активного охлаждения
L_ЗАО = v_пр·τ = 13.5·0.612 = 8.3 (м).

Таким образом, для обеспечения одностадийного охлаждения арматурного проката диаметром 12 мм, движущегося со скоростью 13.5 м/с с температуры конца прокатки 1050 ºC до температуры самоотпуска 550 ºC необходима линия ускоренного охлаждения с длиной активной зоны не менее 8.3 м.

Литература:
1. Развитие методики расчета параметров устройств для охлаждения проката сплошным потоком воды / И.А.Гунькин // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. Сб. научн. трудов, Выпуск 7 (Металловедение и термическая обработка), ИЧМ НАНУ, г. Днепропетровск, 2004. 374 с. стр. 249 - 260.
2. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., Высшая школа, 1967. 600 с.

См. далее: Автоматизация расчетов длины ЛУО

<<< Методика расчета ЛУО <<<

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)